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MEMS技术的必威体育精装版发展 机械设计制造及其自动化 机设1103班 1105040311 张罗丹 2013.1.11 微电子机械系统即MEMS，是Micro Electro Mechanical Systems 的缩写，也可简称为微机电系统。微电子机械系统MEMS 通常是一个包含有动能、弹性形变能、静电能或静磁能等多个能量域的复杂系统，它是微电子系统与其它微型信息系统（各种能进行信息与能量传 输和转换的系统）相结合的产物，是新兴的、多学科交叉的高科技领域。 MEMS 将电子系统和外部世界有机联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号，将这些信号转换成电子系统可以识别的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号。MEMS 技术已逐渐成为一项涉及到微电子学、机械学、材料学、力学、声学、光学、热学、生物医学、电子信息等多种学科，并集成了当今科学技术许多尖端研究成果，在信息、通讯、航空、航天、生物、医疗、环保、工业控制等领域都有广泛的应用前景。国内外多年的研究表明，通常情况下，MEMS具有以下的非约束性特征[1]： ①体积小，精度高，重量轻。尺寸在微米到毫米范围之内，区别一般的宏(Macro)，即传统的、大于1cm尺度的机械，但目前尚未进入物理上的微观层次； ②基于(但不限于)硅微加工技术(Microfabrication)，性能稳定，可靠性高。具有较高的抗干扰性，可在恶劣的环境下稳定工作。 ③能耗低，灵敏性和工作效率高。完成相同的工作，微机械所消耗的能量仅为传统机械的十几分之一或几十分之一，而运作速度却可达其10 倍以上。与微电子芯片类同，可大批量、低成本生产，性价比比传统机械制造技术有大幅度提高； ④MEMS 中的“机械”不限于狭义的机械力学中的机械，它代表一切具有能量转化、传输等功能的效应，包括力、热、声、光、电、磁乃至化学、生物能等； ⑤MEMS 的目标是微“机械”与IC 相集成的微系统——智能微系统。根据以上特征衡量，用微电子技术（但不限于此）制造的微小机构、器件、部件和系统都属于MEMS 范畴，微机械和微系统只是MEMS 发展的不同层次。这就是微电子机械系统较为准确的一般定义。 对于目前大多数的研究而言，微电子机械系统可简单的理解为，在半导体衬底(主要是Si和GaAs)上，利用微加工技术制作出的三维微结构或微系统。这是从材料和工艺的角度来描述微电子机械系统；如果从组成结构上看，MEMS 系统是由电子部件和机械部件组成的器件或系统，主要包括微型传感器、执行器和相应的信号处理电路三部分. MEMS 器件和系统由于具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、机电一体化、可批量生产等优点，因此在航天、航空、汽车、生物医药等诸多领域有着十分广阔的应用前景[3]。自从20 世纪60 年代以来，MEMS 技术已取得很大的发展，尤其是进入90 年代之后，由于制作工艺的进步，其发展更为迅速。MEMS 器件种类繁多，几乎无法列出所有的MEMS器件。根据目前的研究情况，除了进行信号处理的集成电路部件以外，MEMS所包括的单元主要有以下几类[4]： （1）微传感器：包括机械类、磁学类、热学类、化学类、生物学类等的传感器。每一类又可以细分为多种； （2）微执行器：主要包括微马达[5]、微齿轮、微泵[6]、微阀门等； （3）微型构件：主要包括微梁、微探针、微腔、微管道等； （4）微机械光学器件：即利用MEMS 技术制作的光学元器件，目前已有微镜阵列、微光扫描器、微光斩波器、微光开关[7]等； （5）微机械射频器件(RF MEMS)：包括用微机械加工工艺制作的微型电感[8]、可调电容[9]、谐振器/滤波器、波导、传输线、天线阵列与移相器等。 （6）真空微电子器件：它是MEMS 技术、真空电子和微电子技术相结合的产物。这种技术是利用微细加工工艺在芯片上制造集成化的微型真空电子器件结构，包括场致发射阴极阵列、阳极、绝缘层和微腔。由于电子输运是在真空中进行的，因此开关速度极快，有很好的抗辐照能力和温度特性。目前的器件种类包括场发射显示器、照明器件微 电子传感器等。 基于 MEMS技术的硅微机械流体传感器目前,大多数流量传感器的设计都是热学型的流量传感器。热式流量测量是利用传热原理,即流动中的流体与热源之间的热量交换关系来测量流量的技术。其中最典型的是热式质量流量传感器。它是按照热式流量测量的工作原理,采用MEMS 技术制造的测热型传感器,该微型热式流量